從侯馬陶范和興隆鐵范看戰(zhàn)國時代的冶鑄技術(shù)

張子高 楊 ?根

文物 1973-06-30

早在三千多年以前的商代奴隸社會，我國勞動人民就已經(jīng)創(chuàng)造出燦爛的青銅文化，到了東周時期，冶鑄生鐵技術(shù)也逐漸發(fā)展起來。那些時候遺留下來的許多精美鑄件和大量儔范，為我們探討當(dāng)時的冶鑄技術(shù)提供了重要的資料。

(一)

1960年一1961年，山西侯馬牛村古城南東周遺址出土陶范共有三萬余塊，其中有花紋的約一萬塊，能辨識器形的約一千塊，可以配套又能復(fù)原器形的約一百件。這批陶范中包括內(nèi)范(芯)、外范、母范(模)以及其它有關(guān)鑄造的器件。有一部分內(nèi)、外范合在一起，成套出現(xiàn)。造型優(yōu)美，花紋精致①②(圖一、二)。

按照現(xiàn)代鑄造工藝來說，“范”和“型”是一個意思。陶范是用泥制成坯后焙燒成的，所以陶范也可稱做泥型。從制范本身的材料來說，陶范的技術(shù)條件較金屬范為低，金屬范是陶范發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，我國商代的大量青銅器就是用陶范鑄的。最原始的陶范是單面的，用于鑄造平刀一類的簡單用具。(據(jù)說有的地方還發(fā)現(xiàn)有石范，即在平面的石板上刻成簡單的用具形狀，然后注入銅液成型。)稍復(fù)雜一些的是雙合的陶范，兩塊陶范合在一起進(jìn)行澆鑄，鑄件成立體型，如這次出國展出的一套虎范(圖三)即是。復(fù)雜的陶范是多合的，空心的器件還要使用內(nèi)范(即芯子),其塊數(shù)視器物的大小和造型的復(fù)雜程度而定。

安陽大司空村出土的司母戊大方鼎就是用陶范鑄造的一個典型實例③,其外范(不連鼎足)至少要由十多塊拼成，每一塊范都相當(dāng)大。中國歷史博物館的同志，用上述侯馬出土的一套虎范、用低熔合金重新澆鑄了一個鑄件，虎的造型十分生動精美，這次連同虎范一齊出國展出。

由于陶范要經(jīng)受在澆鑄時因1000°℃以上的高溫而引起的熱膨脹，必須具有較高的機(jī)械強度，因此制范要求用較細(xì)的泥土，甚至要經(jīng)過篩選、溝洗，摻入砂子。后來，由于生產(chǎn)力發(fā)展的要求，一范要能連續(xù)多次使用，對范的強度就提出更高的要求。制范時，在泥土中還要加稻芒、糠皮等做為填加劑，有的還加入缸瓦屑和爐渣等。

侯馬出土的部分陶范，經(jīng)山西省博物館同志的實驗考察，得知④:

(1)制范的原料為細(xì)砂和粘土，并摻了草秸和麥秸。

(2)外范、內(nèi)范和母范中泥、砂的比例均不相同，外范中砂占83%,內(nèi)范中砂占74%,母范中砂占60%(其余皆為粘土)。

(3)母范及外范的土質(zhì)非常細(xì)膩，可能經(jīng)過淘洗，砂粒多呈圓形，細(xì)小而均勻，烘烤的溫度較高，有的表面發(fā)白，估計溫度在800°C左右。

可以看出，當(dāng)時對于制作陶范已經(jīng)有了一定的認(rèn)識和經(jīng)驗。對于外范、內(nèi)范、母范在鑄造過程中起的作用不同，經(jīng)受的溫度不同，因此，在造型材料上也有所區(qū)別。

從陶范的結(jié)構(gòu)上講，不少地方是很科學(xué)的：

(1)對于一些空心的鑄件如鐘、鼎、壺之類，要使用內(nèi)范(即芯),但在澆鑄時如何使內(nèi)范固定住，在當(dāng)時是一個問題，尤其是器型較復(fù)雜時更要困難一些。侯馬的陶范中有一套完整的車喜范，外范(共兩塊)、內(nèi)范都很完整。外范全長9.5厘米，鑄件長8厘米。在范的較細(xì)一端有一個“泥芯頭”,長1.5厘米、直徑3.5厘米?！澳嘈绢^”上有三個不對稱的榫，外范相應(yīng)的一端有“泥芯座”,座的直徑為3.6厘米，略大于泥頭。車喜的另一端有兩個轄洞，在外范上做成卯，內(nèi)范上做成榫，也起固定內(nèi)范的作用⑤。

澆鑄以后，打掉泥頭取出內(nèi)范。這種固定內(nèi)范的方法，不僅比較原始，而且一個內(nèi)范只能用一次。但在商、周時期的大型鑄件，大多用類似的方法固定內(nèi)芯，結(jié)構(gòu)上還算是巧妙的。

(2)鑄造過程中需要一套比較合理的澆鑄系統(tǒng)，使金屬溶液能夠連續(xù)、均勻而又較快地流入型腔的每一個部位，因此要考慮到澆口的位置，使它起到類似漏斗的作用。同時還要考慮到金屬溶液能夠及時流入型腔各部，由于高溫而產(chǎn)生的熱氣要及時排出腔外，以免將范脹裂，因此還要有起排氣作用的冒口。但一些器形簡單的鑄件可以無須冒口，澆口可同時起冒口作用。侯馬遺址中的“澆口杯”和漏斗式的模型澆口都起了導(dǎo)流的作用⑥。

(3)在由模制范的過程中，為了使制成的范便于取下，不使模和范粘在一起，往往要加入一些脫模的材料，在侯馬的一些殘碎陶范上還有痕跡可尋。根據(jù)我們的觀察，這種脫模材料用的是草灰或是稻糠灰，現(xiàn)在有些小型翻砂單位仍然用這類物質(zhì)分型。

(二)

大批鐵工具范是1953年在河北省興隆縣壽王墳村戰(zhàn)國冶煉遺址中發(fā)現(xiàn)的⑦,共四十付八十七件，總重190余公斤。這是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的最重要的金屬范，是當(dāng)時鑄造農(nóng)具與工具用的。它強有力地反映出當(dāng)時的生產(chǎn)力已經(jīng)達(dá)到較高的水平，說明我國在戰(zhàn)國時期已經(jīng)能夠冶煉出大量的生鐵(封底里：1、2、3)。這批鐵范中以農(nóng)具范占多數(shù)：有一付鋤范共三件組成，上、下兩半雙合，上半是平板，下半是鋤的形狀，還有一條四角椎形的鐵內(nèi)芯。范的邊緣有三枚子母樣，可使上下扣合。范的背后有帶弓形的把手。澆口在上端，通長18.6厘米，上寬6.9、下寬23、腰寬20.5厘米，把手高4厘米、寬5厘米。

這付鋤范非常重要，不但完整而且形制美觀，結(jié)構(gòu)科學(xué)。使用這付鋤范澆鑄出來的鑄件呈板狀鋤體，近背部有裝木柄用的橫方孔，通高11.5厘米，刃寬20厘米、體厚0.5厘米(圖四)。

我們曾取一付殘的鋤范的內(nèi)范進(jìn)行金相考察，從殘缺的斷面上可大致看出金屬組織的結(jié)晶情況，有明顯的氣孔和縮孔。為了觀察它的內(nèi)部組織，打斷一小塊，在新的斷面上看出明顯的方向性結(jié)晶，間有大小不等的氣孔，斷面甚亮，全是白口組織，上有夾雜物數(shù)塊，最大直徑約3毫米⑧。

鐵范的含炭量經(jīng)分析高達(dá)4.45%。這是木炭生鐵的象征，從金相組織可以看出它是典型的白口生鐵@。

這批鐵范的結(jié)構(gòu)表明，當(dāng)時的鑄造技術(shù)已逐漸成熟起來。從每付兩件或單件的鐵范來看，范的形狀與鑄件的外貌基本一致，這不僅可以降低鑄范用鐵的消耗，也減輕了范的重量，操作方便，而且可以使鑄范的每一部分冷卻速度均勻，對鑄件質(zhì)量和鑄范壽命都可保證。

另外，從鐵芯的使用上也可看出當(dāng)時技術(shù)成熟的程度。在上述的寬面鋤鐵范中，使用了鐵內(nèi)芯來形成鋤柄孔，即通過鋤范壁插入一根鐵芯子，這是在現(xiàn)代用金屬型鑄造薄壁零件時較難克服的困難，因為澆鑄薄壁鑄件如不及時取出鐵芯，將會導(dǎo)致裂紋和裂口的產(chǎn)生。這也說明當(dāng)時的勞動人民已經(jīng)掌握了相當(dāng)成熟的技術(shù)@。

最近，據(jù)河北省博物館同志介紹：1960年在河北省磁縣柏陽城發(fā)現(xiàn)有戰(zhàn)國時期鏟范和鏝范，均為鐵制(尚未發(fā)表正式報告，實物現(xiàn)在河北省博物館)。這一發(fā)現(xiàn)證明興隆鐵范不是偶然出現(xiàn)的，也不是個別的。興隆和磁縣在戰(zhàn)國時是燕、趙地區(qū)，這一地區(qū)內(nèi)曾發(fā)現(xiàn)多處戰(zhàn)國冶鐵遺址，冶鐵技術(shù)已達(dá)到較成熟的地步。

(三)

侯馬出土的陶范和興隆出土的鐵范，在時代上是相近的，都反映著早在紀(jì)元前四百多年時的我國冶鑄技術(shù)水平。

每一項科學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)都有一個歷史過程，決不可能一下子就達(dá)到成熟的地步。在戰(zhàn)國以前，我國在青銅的冶鑄方面，已經(jīng)積累了豐富的實踐經(jīng)驗。我國考古工作者曾陸續(xù)發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)國以前的冶煉遺址和大量鑄范。解放以前，安陽小屯殷墟的發(fā)掘提供了殷代鑄銅的技術(shù)資料。解放以后，在安陽大司空村的商殷晚期遺址和鄭州的商代遺址，都發(fā)現(xiàn)了大量的碎陶范，包括外范、內(nèi)范共達(dá)三千八百多塊，其中有一件方形大陶范長達(dá)1.2米。大的煉鍋直徑達(dá)83厘米，這樣大容積的煉鍋，完全可以適應(yīng)鑄造像司母戊大方鼎那樣大型鑄件的需要。在張家坡西周早期居住遺址中發(fā)現(xiàn)了四件車馬飾的外范和內(nèi)范模，在客省莊附近的馬王村也發(fā)現(xiàn)有鑄造青銅容器的鑄范。戰(zhàn)國時期的鑄銅遺址：1959年在侯馬晉一魏城郊發(fā)掘出了四座熔爐和許多陶范，1954年洛陽中州路的發(fā)掘凹，都提供了重要資料。

這些資料都反映著我國冶鑄技術(shù)的發(fā)展過程，在不斷發(fā)展不斷進(jìn)步。我國古代奴隸社會與封建社會的交替，是在春秋與戰(zhàn)國之交。侯馬陶范和興隆鐵范的發(fā)現(xiàn)，表明了戰(zhàn)國時期在冶鑄技術(shù)上有了大幅度的提高，特別是鐵器在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上代替了木、石農(nóng)具被廣泛使用，也說明隨著當(dāng)時生產(chǎn)關(guān)系的變革，社會生產(chǎn)力的發(fā)展也出現(xiàn)了一定程度的飛躍。

鐵范本身是生鐵鑄的，這是迄今為止發(fā)現(xiàn)的我國最早的生鐵實物。要冶煉出生鐵進(jìn)行澆鑄，必須能夠掌握生鐵熔化的溫度約1350℃,這是當(dāng)時冶鑄技術(shù)水平的一個重要標(biāo)志。要達(dá)到這樣高的溫度，必須具備一定的技術(shù)條件：

(1)充足的燃料：商殷時期的冶銅遺址發(fā)現(xiàn)有木炭。從鐵范的高炭成分也說明是木炭煉成的，至于戰(zhàn)國時期煉鐵是否已用石炭或煤做燃料，迄今還沒有確切的材料證實。大量的木炭供應(yīng)煉鐵是不成問題的。

(2)煉爐：戰(zhàn)國時期的煉鐵爐迄今沒有發(fā)現(xiàn)完整的，無從知道它的全貌。但是，從早期的陶窯形制以及有關(guān)商股冶銅遺址的資料，可以大體推測它的形制：爐膛寬大，有較高的通風(fēng)口等。否則爐溫?zé)o法提高到1000℃以上。

(3)鼓風(fēng)設(shè)備：戰(zhàn)國時期冶煉用的鼓風(fēng)設(shè)備是較大的皮囊，西漢初已有較為詳細(xì)的資料。

具備了以上的條件，可以得到使生鐵熔化的高溫，這是我國古代勞動人民在長期的勞動實踐過程中逐步掌握的。某些西方學(xué)者認(rèn)為中國的生鐵所以出現(xiàn)得早，是由于鐵礦中含有較多的磷質(zhì)，因而降低了鐵的熔化溫度，這只是一種臆測。像興隆鐵范的化學(xué)成分中，含磷就不高。在我們分析過的一些戰(zhàn)國、兩漢的鐵器中，也沒發(fā)現(xiàn)有含磷質(zhì)高的。

從鑄造技術(shù)的發(fā)展過程來說，由陶范到金屬范又是一個很大的進(jìn)步。陶范一般只能鑄一次就要損壞了，每澆鑄一次，都要重新制范，實在妨礙生產(chǎn)力的提高。金屬范就不同了，它可連續(xù)多次使用，大大提高了生產(chǎn)效率，而且成本低、質(zhì)量好。清人龔振麟在《鑄炮鐵模圖說》一文中就列舉出鐵模鑄造的七個優(yōu)點，對金屬范的優(yōu)越性有相當(dāng)全面的理解②。

有的外國學(xué)者認(rèn)為：中國“用鐵制的金屬鑄型是明末清初西洋技術(shù)傳入后才開始使用的"⑩。這是不符合實際的。興隆鐵范的發(fā)現(xiàn)就是一個有力的說明。

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